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面向离散行业的智能工厂应用

2017/8/31    来源:e-works    作者:尹少平      
关键字:智能工厂  离散行业  
在中国制造2025及工业4.0信息物理融合系统CPS的支持下,离散制造业需要实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化等先进技术应用,做到纵向、横向和端到端的集成,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,从而建立基于工业大数据和“互联网”的智能工厂。
    前言
 
    离散制造业首先在底层制造环节由于生产工艺的复杂性,如车、铣、刨、磨、铸、锻、铆、焊对生产设备的智能化要求很高,投资很大。特别是装备制造业、家电、汽车、机械、模具、航空航天、消费电子等产品大都要求产品智能化。
 
    因此,在中国制造2025工业4.0信息物理融合系统CPS的支持下,离散制造业需要实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产文档无纸化、生产过程透明化、生产现场无人化等先进技术应用,做到纵向、横向和端到端的集成,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,从而建立基于工业大数据和“互联网”的智能工厂。
 
    1、离散行业智能工厂特征
 
离散行业智能工厂特征
 
图1 离散行业智能工厂特征
 
    企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间,侧重从单台设备自动化和产品智能化入手,基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。因此其智能工厂建设模式为推进生产设备(生产线)智能化,通过引进各类符合生产所需的智能装备,建立智能工厂的车间级智能生产单元,提高精准制造、敏捷制造、透明制造的能力。
 
    2、离散行业实现智能工厂需求的信息平台
 
离散行业实现智能工厂需求的信息平台
 
图2 离散行业实现智能工厂需求的信息平台
 
    在生产现场,每隔几秒就收集一次数据,利用这些数据可以实现很多形式的分析,包括设备开机率、主轴运转率、主轴负载率、运行率、故障率、生产率、设备综合利用率(OEE)、零部件合格率、质量百分比等。首先,在生产工艺改进方面,在生产过程中使用这些大数据,就能分析整个生产流程,了解每个环节是如何执行的。
 
    数字化设计平台:利用PLM专家知识库,快速构建数字化模型进行智能化产品设计、参数化驱动建模和CNC加工工艺指令管理; 数控编程人员可以在自己的计算机上进行编程,将加工程序上传至DNC服务器,设备操作人员可以在生产现场通过设备控制器下载所需要的程序,待加工任务完成后,再通过DNC网络将数控程序回传至服务器中,由程序管理员或工艺人员进行比较或归档,整个生产过程实现网络化、追溯化管理。
 
    数字化制造平台:利用ERP和智能工厂集成应用使计划、生产、资源三者密切配合,从而确保决策者和各级管理者可以在最短的时间内掌握生产现场的变化,做出准确的判断并制定快速的应对措施,保证生产计划得到合理而快速的修正、生产流程畅通、资源充分有效地得到利用,进而最大限度地发挥生产效率。
 
    可视化应用平台:利用这些数据可以实现很多形式的分析,包括设备开机率、主轴运转率、主轴负载率、运行率、故障率、生产率、设备综合利用率(OEE)、零部件合格率、质量百分比等。首先,在生产工艺改进方面,在生产过程中使用这些大数据,就能分析整个生产流程,了解每个环节是如何执行的。
 
    3、离散行业智能工厂的连接与自动化
 
    现场设备层
     
    主要功能是连接现场设备,例如分布式I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等,完成现场设备控制及设备间联锁控制。
 
    车间监控层
    
    车间监控层又称为单元层,用来完成车间主生产设备之间的连接,包括生产设备状态的在线监控、设备故障报警及维护等。还有生产统计、生产调度等功能。传输速度不是最重要的,但是应能传送大容量的信息。
 
    工厂管理层
 
    车间操作员工作站通过集线器与车间办公管理网连接,将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网,连接到厂区骨干网,将车间数据集成到工厂管理层。
 
离散行业智能设备的连接层
 
图3 离散行业智能设备的连接层
 
    4、基于轻量化应用模式智能工厂方案
 
    通过APP的方式部署在现场的手持终端、工控平板,实现机台的生产信息采集,机台互联,实现控制与数据传输,使生产效率最大化。
 
    通过云端部署可以降低运维成本;业务快速部署,不同地域工厂车间的业务实现个性化;实现异地多工厂实时数据同步,促进业务协同,使运营利益最大化。
 
(轻量化的车间应用)
 
图4(轻量化的车间应用)
 
    新部署模式应用下的生产过程中,将所有的设备及工位统一联网管理,使设备与设备之间、设备与计算机之间能够联网通讯,设备与工位人员紧密关联。
 
物联设备数据采集
 
图5 物联设备数据采集
 
    USB/串口:适用的设备类型包括:1.数字化量具如千分尺。2.仪器仪表、磅重设备等。如电子秤、6D测角仪等。3.支持串口通讯的加工设备和生产线。
 
    TCP/IP:适用的设备类型包括:1.支持网络通讯协议的加工设备,如CNC等。2.机器人。
 
    PLC:适用的设备类型包括:1.生产现场半自动生产设备。2.自动化的生产线。
 
    数据库/API:适用的设备/系统类型包括:1.智能检验仪器,2.物流仓储系统,如WMS,AGV,3.设备控制系统,如DCS。
 
    云集成:适用的设备/系统类型包括:1.智能加工设备,2.智能感知系统,3.IOT设备。
 
轻量化的车间移动应用
 
图6 轻量化的车间移动应用
 
    对于离散行业生产现场而言,按生产节拍等收集一次数据,一旦有某个流程偏离了标准工艺,就会产生一个报警信号,能更快速地发现错误或者瓶颈所在,也就能更容易解决问题。利用大数据技术,还可以对产品的生产过程建立虚拟模型,仿真并优化生产流程,当所有流程和绩效数据都能在系统中重建时,这种透明度将有助于制造企业改进其生产流程。再如,在成本分析方面,在生产过程中利用传感器集中监控所有的生产流程,对所有流程进行分析将会大大降低成本。 
 
    结论
 
  • 构建智能数据采集平台:从人工采集到智能采集,工作效率大大提升,保证数据准确性和及时性。

  • 实现单品完整信息追溯:产品整个链条各个环节的信息的灵活追溯。

  • 实现智能防错:系统“铁面无私”,避免人工错漏。

  • 透明化生产:数据实时采集,生产进度实时反馈,使生产管理不再是“黑盒”。

  • 提升生产执行效率:通过数据的分析与处理,不断优化提升设备与人员潜能,提高作业执行效率。

  • 提高核心竞争力:依托于大数据及先进的物联技术,实时生成企业生产画像,将车间生产“黑箱”透明化,提高企业核心竞争力。

  • 助力均衡生产:作业工时数据自动采集与分析,助力车间计划均衡生产。

  • 提高现场管理精细度:只要设备部署到位,想多精细就多精细。
责任编辑:李欢
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